Файл: Функции и назначение буровых растворов.pdf

44
К.Ф. Паус классифицировал химические реагенты для БПЖ по химическому
составу и строению молекул, по термостойкости, солестойкости, и назначению
следующим образом:
1) По химическому составу и строению молекул:
а) низкомолекулярные неорганические соединения:
-кальцинированная сода Na
2
CO
3
, каустическая сода NaOH, поваренная соль NaCl, жидкое стекло (силикаты калия или натрия) K
2
OSiO
2
, известь Ca(OH)
2
, цемент, углекислый барий
BaCO
3
, фосфаты (соли фосфатов, кислоты).
б) высокомолекулярные органические соединения с глобулярной формой молекул: гуматные (УЩР, ТУЩР, ПУЩР), лигносульфонаты (ССБ, КССБ, окзил, ПФЛХ).
в) высокомолекулярные органические соединения с волокнистой или цепочкообразной структурой молекул: реагенты на основе КМЦ (CЭЦ, ОЭЦ, КМОЭЦ, SinFix), реагенты полиакрилаты (ПАА, МЕТАС, гипан, K-4, K-9), крахмальные реагенты (C
6
H
10
O
5
)n, биополимеры (XC, XCD, Kem-X, Kel-zan).
г) низкомолекулярные органические соединения с гидрофильной или органофильной частями (ОП-10, УФ7).

45 2) По солестойкости реагентов:
а) не солестойкие до 3% NaCl (фосфаты, гуматы, лигнины и т.д.),
б) ограниченно солестойкие 3 – 10 % NaCl,
в) солестойкие по NaCl более 10 % (лигносульфонаты, КМЦ, его производные, крахмал, полиакрилаты и т.д.),
г) не солестойкие к действию поливалентных катионов (некоторые лигносульфонаты, сульфатоэтилцеллюлоза, сульфированные полиакрилаты).
3) По термостойкости реагентов:
а) не термостойкие (фосфаты до 100 С, природные аминовые продукты до 120 0С, крахмал, КМЦ-300 и менее),
б) ограниченно термостойкие (лигнин, ССБ, КМЦ-500, КМЦ-600, сунил и т.д. до 160 0С),
в) термостойкие (гуматы, КССБ, КМЦ-600 и более до 130 С, некоторые полиакрилаты,
ФХЛС, окзил до 200 0С).

46 4) По назначению:
а) регулирующие ионный состав раствора и РН- среды,
б) реагенты бактерициды,
в) связывающие (удаляющие) ионы Ca
2+
из б.р., г) ингибиторы глин и глинистых сланцев,
д) коагулянты (в том числе и избирательного действия),
е) понизители вязкости (разжижители),
ж) понизители водоотдачи и фильтрации,
з) пеногасители,
и) эмульгаторы,
й) предупреждающие кавернообразование,
к) сохраняющие проницаемость продуктивного горизонта,
л) понизители твердости горной породы,
м) улучшающие смазывающие и противоизносные свойства.

47
Большинство существующих классификаций регентов можно упростить: разбив их на 3 группы:
1) Реагенты структурообразователи (без существенного изменения плотности бурового раствора),
2) Реагенты - стабилизаторы направленного действия
(изменяют требуемые технологические параметры или свойства без изменения других свойств),
3) Реагенты специального назначения.

48
Некоторые ученые объединяют все химические реагенты в восемь групп:
1. Полисахариды – естественные (природные) полимеры, имеющие общую химическую формулу – (C
6
H
10
O
5
)n. Важнейшими полисахаридами являются крахмал и целлюлоза.
Сырьем для производства крахмала служат картофель, кукуруза, рис, пшеница, а целлюлозы (Ц) – древесина (40 - 55 % Ц) и волокна хлопковых семян (95 - 98 % Ц).
Основные реагенты этой группы: крахмал; модифицированный крахмал (МК); карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ - 500, 600, 700) и ее зарубежные аналоги FINOGELL,
FIN-FIX и др.; КМЦ марки «Торос-2» - буровая.
2. Акриловые полимеры – синтетические полимеры, являющиеся продуктами нефтехимии.
Основные реагенты этой группы: гидролизованный полиакрилонитрил (гипан), а также его аналоги: отечественные (гивпан-Н, порошкообразный акриловый полимер – ПАП, полимер «Унифлок») и зарубежные (CYPAN); НР-5 (нитронный реагент); полиакриламид (ПАА) и его зарубежные аналоги: DK-DRIL, Cydril – 5110, 400, 5300; метас, метасол; сополимер М-14ВВ; лакрис 20.
3. Гуматные реагенты – натриевые или калиевые соли гуминовых кислот, получаемые экстракцией из бурого угля или торфа в присутствии щелочи (NaOH, KOH): углещелочной реагент (УЩР); торфощелочной реагент (ТЩР); гуматнокалиевый реагент
(ГКР).

49 4. Лигносульфонаты (сырьем для их получения служат многотоннажные отходы производства целлюлозы сульфитной варкой древесины): сульфитно-спиртовая барда
(ССБ);
конденсированная сульфитно-спиртовая барда
(КССБ);
феррохромлигносульфонат
(ФХЛС);
хромлигносульфонат
(окзил).
5. Реагенты на основе гидролизного лигнина (сырьем для их получения служит гидролизный лигнин, который является отходом при производстве спирта из древесины,
подсолнечной лузги, кукурузных кочерыжек, хлопковой шелухи и др.): нитролигнин
(НЛГ);
игетан.
6. Электролиты - кислоты, соли и основания (щелочи): NaOH – гидроокись натрия
(едкий натр, каустическая сода); Na
2
CO
3
– карбонат натрия (кальцинированная сода);
КОН – гидроокись калия (едкий калий); Ca(OH)
2
– гидроксид кальция (гашеная известь);
CaCl
2
– хлористый кальций; KCl – хлористый калий; жидкое стекло натриевое
Na
2
O·nSiO
2
и калиевое
К
2
O·nSiO
2
;
KАl(SO
4
)
2
–
алюмокалиевые квасцы;
нитрилотриметилфосфоновая кислота
(НТФ)
и др.
7.
Кремнийорганические жидкости – синтетические полимеры, содержащие в макромолекуле атомы кремния и углерода: ГКЖ-10 (11); Петросил – 2М.
8. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) - способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз (воздух – жидкость, жидкость – жидкость, жидкость - твердое тело) и снижать вследствие этого межфазное поверхностное натяжение: сульфонат; сульфонол;
азолят А; ДС-РАС; ОП-7, ОП-10; превоцел.

50
По назначению (действию на свойства буровых растворов) все химические реагенты принято условно делить на следующие 11 групп: понизители фильтрации; понизители вязкости
(разжижители);
структурообразователи;
регуляторы щелочности
(рН);
ингибиторы глинистых пород; регуляторы термостойкости (+ и -); пенообразователи;
пеногасители; эмульгаторы (вещества, предохраняющие капельки дисперсной фазы эмульсий от коалесценции, т.е. слияния); смазочные добавки; понизители твердости горных пород.
Группа реагентов – понизителей фильтрации включает в себя полисахариды, акриловые полимеры,
гуматные реагенты и
лигносульфонаты
(КССБ).
К реагентам понизителям вязкости относятся реагенты на основе гидролизного лигнина,
модифицированные лигносульфонаты
(ФХЛС,
окзил)
и
НТФ.
Роль структурообразователей, регуляторов щелочности, ингибиторов глинистых пород и регуляторов термостойкости в основном выполняют электролиты и кремнийорганические жидкости.
Функции пеногасителей, пенообразователей, эмульгаторов, смазочных добавок и понизителей твердости горных пород чаще всего выполняют
ПАВ.
Кроме этого, в качестве смазочных добавок и пеногасителей используют и кремнийорганические жидкости.

Плотность бурового раствора.
Реологические свойства буровых
промывочных жидкостей

Плотность бурового раствора
(ρ
б.р
)
3
Выбирается исходя из условий предотвращения потери устойчивости горных пород, слагающих стенки скважины и их гидроразрыва. Очень важно также создание противодавления на пласты,
насыщенные пластовыми флюидами,
препятствующего притоку их в скважину.
Таким образом,
изменение ρ
б.р.
– основное средство регулирования давления в скважине.
При вскрытии газонефтенасыщенных пластов значение ρ
б.р.
должно определяться для горизонта с минимальным градиентом пластового давления в интервале совместимых условий.
Минимальное превышение гидростатического давления столба бурового раствора относительно кровли вскрываемого пласта приведено в таблице (следующий слайд) с учетом глубины скважины и коэффициента аномальности пластового давления
К
а
(проектного или фактического).

Значения минимального превышения
гидростатического давления раствора над
пластовым
4
Глубина скважины
(интервал), м
Минимальное превышение гидростатического давления раствора над пластовым
(репрессия) ΔР
min
, МПа для нефтенасыщенных пластов для газоносных, газоконденсатных пластов, а также пластов в неизученных интервалах разведочных скважин
≤1000 1
1,5 1001-2500 1,5 2,0 2501-4500 2,0 2,25
≥
2,5 2,7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ПЛОТНОСТИ
БУРОВОГО РАСТВОРА
5
Плотность бурового раствора

, кг/м
3
- есть отношение массы бурового раствора к его объему. Для измерения плотности могут быть использованы:
- ареометр, пикнометр, рычажные весы.

6
Ареометр АБР-1 состоит из следующих основных частей: съемного груза,
мерного стакана, поплавка со стержнем. К поплавку крепится мерный стакан с помощью штифтов. На стержне имеются две шкалы: основная, по которой измеряют плотность раствора, и поправочная, по которой определяют поправку по воде. Прибор включает в себя ведерко для воды. Крышка ведерка служит пробоотборником для раствора.
Порядок работы:
- при измерении плотности бурового раствора используют как пресную, так и минерализованную воду;
- при использовании пресной воды плотностью 1 г/см
3
чистый мерный стакан с объемом пробы (78,5

1) см
3
заполняют буровым раствором, и соединяют с поплавком поворотом последнего до упора;
- стакан снаружи тщательно обмывают водой, погружают его в ведро с водой и делают отсчет плотности по основной шкале (по делению, до которого ареометр опустился в воду);
- при использовании минерализованной воды делают поправку (по поправочной шкале) на ее плотность, для чего заполняют мерный стакан водой и соединяют его с поплавком. Погружают прибор в ведро с водой, деление на поправочной шкале, до которого ареометр погрузился в воду, покажет алгебраическую величину поправки (или «+», или «-»);

Ареометр АБР-1 7
-плотность бурового раствора в
случае применения минерализованной воды вычисляют по формуле:

=

осн
+

,
где:

- плотность бурового раствора, г/см
3
;

осн - отсчет плотности по основной шкале, г/см
3
;

- поправка (отсчет плотности по поправочной шкале), г/см
3
Предел допускаемой дополнительной погрешности при изменении температуры испытуемого раствора на каждые
10 0
С, начиная с (20

2)
0
С – не более 0,002 г/см
3
, при влиянии климатических факторов внешней среды на изменение температуры испытуемого раствора на каждые 10 0
С, начиная с
(20

2)
0
С – не более 0,01 г/см
3
Калибруют ареометр чистой пресной (дистиллированной)
водой при температуре (20

5)
0
С. При этом показание прибора должно быть равно 1г/см
3

Определение плотности раствора
рычажными весами ВРП
8
Рычажные, весы-плотномер ВРП-1
(см. рисунок) состоят из подставки 1
и подвижной части,
представляющей собой рычаг 2 с жестко закрепленным на нем мерным стаканом 3 с крышкой 4.
Подвижная часть весов с помощью одной из призм 5 опирается на вкладыш
6,
укрепленный на подставке.
На рычаге весов нанесены две шкалы 7 с разными диапазонами измерений: верхняя шкала от 800 до 1600 кг/м
3
, нижняя - от 1600 до 2600 кг/м
3

Порядок работы:
9
- заполняют чашку испытываемой пробой доверху (для удаления пузырьков воздуха постукивают пальцем по чашке);
- устанавливают крышку (излишек раствора должен выйти наружу через отверстие);
- очищают внешнюю поверхность весов от раствора;
- устанавливают весы на основание;
- перемещают рейтер до равновесного состояния, которое определяют по уровню;
- считывают показания величины плотности раствора со шкалы по краю рейтера;
- после каждого использования прибор моют и сушат.
Калибровку прибора производят замером плотности пресной воды:
- заполняют чашу пресной водой и устанавливают рейтер на линии воды - 8,3
фунт/галлон (удельный вес - 1,0 г/см
3
);
- добавляют или удаляют свинцовую дробь из лунки для дроби, пока прибор не придет в равновесие.

10
Порядок работы:
При определении реальной плотности аэрированного раствора в полевых условиях может быть использован следующий метод:
- весы заполняют водой,
- устанавливают крышку (излишек воды должен выйти наружу через отверстие);
- сливают воду из весов в сосуд;
- повторяют ту же операцию с раствором;
- тщательно смешивают раствор с водой для уменьшения вязкости и выхода пузырьков воздуха;
- замеряет полученную плотность, умножают на два и вычитают единицу, (плотность воды), получаю приближенную к реальной плотность